Фотоэлектрический преобразователь угла

Фотоэлектрический преобразователь угла предназначен для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов. Преобразователь содержит корпус 1, кодируемый вал 3, индикаторный 10 и измерительный 9 диски, излучатели 11, плату обработки 12. Вал 3 выполнен с внутренним 4 и резьбовым 5 отверстиями. Отверстие 5 расположено соосно с отверстием 4. В отверстии 5 установлен юстировочный винт 6. На торцевой поверхности 7 винта 6 закреплен соосно с ним магнит 8. На плате 12 размещены фотоприемники 13 и магниточувствительный элемент 14. Элемент 14 расположен между фотоприемниками 13. Магнит 8 установлен с зазором по отношению к элементу 14. Винт 6 имеет возможность регулировки зазора между магнитом 8 и элементом 14. Техническое решение позволяет повысить надежность и эксплуатационные возможности преобразователя, 2 ил.

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов и ввода ее в цифровые управляющие и вычислительные машины.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки, Преснухин Л.Н. "Фотоэлектрические преобразователи информации." М.: Машиностроение, 1974. Рис.152. С.303.

Известный преобразователь имеет сложную конструкцию, а большие габариты и масса снижают его эксплуатационные возможности при использовании в малогабаритной аппаратуре.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный диск, излучатель, N фотоприемников и плату обработки, RU 63624 U1, H03M 1/24, 27.05.2007.

В известном преобразователе отсутствует индикаторный диск с диафрагменными окнами перед фотоприемниками, что создает опасность излишней засветки в процессе поворота измерительного диска, а это снижает чувствительность и точность преобразователя.

Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений накапливающего типа, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки RU 91769 U1, G02F 7/00, 27.02.2010.

В известном преобразователе излучатели и фотоприемники расположены несимметрично относительно оси устройства, что не обеспечивает устройство одинаковой устойчивостью к ударным воздействиям в различных направлениях при различных изменениях положения преобразователя в пространстве, а это снижает его эксплуатационные возможности.

Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, установленные в корпусе, вал, магнит, плату обработки, установленную в корпусе, магниточувствительный элемент, расположенный на плате обработки с зазором по отношению к магниту RU 72319 U1, G01B 7/30, H01L 43/04, 10.04.2008.

В известном преобразователе регулировка зазора между магнитом и магниточувствительным элементом производится посредством регулировочных прокладок, расположенных между корпусом и платой обработки, и для проведения регулировки зазора необходимо производить разборку устройства и доработку, по меньшей мере, двух регулировочных кольцевых прокладок, что усложняет конструкцию и технологию изготовления преобразователя, а значит - повышает его стоимость.

Известный преобразователь обладает жесткой конструкцией, но малой точностью, что снижает возможности его применения в прецизионной аппаратуре.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий кодируемый вал, измерительный диск с двумя концентрическими растровыми дорожками, индикаторный диск с окнами для инкрементного считывания и окном нулевой метки, излучатель, фотоприемники и устройство обработки информации, DE 19521252 A1, G08C 15/06, G08C 19/00, H03M 1/22, 12.12.1996.

Известный преобразователь предназначен для инкрементного считывания информации и не имеет возможности абсолютного считывания информации об угле поворота преобразователя, что ограничивает возможности его применения.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий цилиндрический корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки, RU 58822 U1, H03M 1/24, 27.11.2006.

Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.

Однако оно обладает недостатками.

Известный преобразователь обладает жесткой, пылевлагозащищенной конструкцией, но является сложным и дорогим в изготовлении.

Для точного преобразователя с большим числом разрядов число оптопар, образованных излучателями и фотоприемниками, должно быть большим, а это увеличивает габариты, снижает надежность устройства и усложняет его конструкцию, что одновременно приводит к его удорожанию.

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить надежность и эксплуатационные возможности преобразователя.

Технический результат настоящей полезной модели заключается в снабжении преобразователя магниточувствительным элементом и магнитом, имеющим возможность, при наличии юстировочного винта, юстировочных перемещений вдоль оси кодируемого вала для изменения зазора между ним и магниточувствительным элементом, в установке магниточувствительного элемента на плате обработки для обеспечения совместной или раздельной с фотоприемниками обработки информации (в зависимости от алгоритма) относительно угла поворота преобразователя.

Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, кодируемый вал с внутренним отверстием, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки.

В кодируемом вале соосно с внутренним отверстием выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен юстировочный винт.

На торцевой поверхности юстировочного винта закреплен соосно с ним магнит.

Магнит установлен с зазором по отношению к магниточувствительному элементу.

Магниточувствительный элемент расположен на плате обработки между фотоприемниками.

Юстировочный винт имеет возможность регулировки зазора между магнитом и магниточувствительным элементом.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - фотоэлектрический преобразователь угла, изометрия с вырезом четверти;

на фиг.2 - фотоэлектрический преобразователь угла в разрезе.

Фотоэлектрический преобразователь угла содержит:

Корпус - 1;

шарикоподшипники (в корпусе 1) - 2.

Кодируемый вал - 3;

внутреннее отверстие (в вале 3) - 4,

резьбовое отверстие (в вале 3) - 5.

Юстировочный винт (в отверстии 5) - 6,

торцевую поверхность (винта 6) - 7.

Магнит (на поверхности 7) - 8.

Измерительный диск - 9.

Индикаторный диск - 10.

Излучатели - 11.

Плату обработки - 12.

Фотоприемники (на плате 12) - 13,

магниточувствительный элемент (на плате 12) - 14.

Фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус 1, кодируемый вал 3, индикаторный 10 и измерительный 9 диски, излучатели 11, плату обработки 12.

Кодируемый вал 3 установлен в шарикоподшипниках 2.

Кодируемый вал 3 выполнен с внутренним отверстием 4 и резьбовым отверстием 5. Резьбовое отверстие 5 расположено соосно с внутренним отверстием 4.

В резьбовом отверстии 5 установлен юстировочный винт 6.

На торцевой поверхности 7 юстировочного винта 6 закреплен соосно с ним магнит 8.

На плате обработки 12 размещены фотоприемники 13 (например, многоэлементные) и магниточувствительный элемент 14. Магниточувствительный элемент 14 расположен между фотоприемниками 13.

Магнит 8 установлен с зазором по отношению к магниточувствительному элементу 14.

Юстировочный винт 6 имеет возможность регулировки зазора между магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14.

Магниточувствительный элемент 14 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла, при этом определяется напряженность магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Для связи с устройством регистрации (не показано) служит кабель (показан условно).

Фотоэлектрический преобразователь угла работает следующим образом.

Вал пользователя устанавливают во внутреннее отверстие 4 кодируемого вала 3 преобразователя и закрепляют, например, посредством клеммного зажима (изображен условно). Угловое перемещение кодируемого вала 3 от вала пользователя (не показан) приводит к повороту измерительного диска 9 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателей 11, пройдя через измерительный диск 9 и индикаторный диск 10, поступает на соответствующие фотоприемники 13 не перекрытые измерительным диском 9, и далее на плату обработки 12. Таким образом, каждому углу поворота кодированного вала 3 с измерительным диском 9 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемников 13, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя в плате обработки 12, являющихся выражением данного угла поворота.

Также при повороте кодируемого вала 3 с магнитом 8 происходит изменение параметров электромагнитного поля, воздействующего на магниточувствительный элемент 14, который регистрирует угол поворота магнита 8 и преобразует его совместно с другими электроэлементами (показаны условно) платы обработки 12 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота кодируемого вала 3.

Далее на плате обработки 12 сигналы от фотоприемников 13 и магниточувствительного элемента 14 обрабатываются по специальному алгоритму и передаются в устройство регистрации (не показано) по кабелю связи (показан условно). При этом в преобразователе с абсолютным отсчетом угла поворота сигналы от магниточувствительного элемента 14 используются для формирования грубого отсчета, а сигналы от фотоприемников 13 для точного отсчета угла поворота кодируемого вала 3.

Размещение юстировочного винта 6 во внутреннем отверстии 4 кодируемого вала 3 не увеличивает габариты преобразователя.

Закрепление магнита 8 на торцевой поверхности 7 юстировочного винта 6 обеспечивает регулировку зазора между магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14 при проведении регулировочных операций, поскольку при сборке фотоэлектрического преобразователя, с учетом толщин применяемых измерительного 9 и индикаторного 10 дисков, зазор меняется. Обеспечение возможности регулировки зазора позволяет производить настройку преобразователя и делает ее более надежной.

После выполнения регулировочных операций юстировочный винт 6 фиксируется, например, посредством клея, что повышает надежность его крепления и жесткость конструкции преобразователя.

Установка магнита 8 и магниточувствительного элемента 14 внутри корпуса 1 вдоль оси кодируемого вала 3 и установка магниточувствительного элемента 14 на плате обработки 12, совместно с фотоприемниками 13, делает конструкцию преобразователя компактной и не увеличивает его габаритов.

Введение в устройство магниточувствительного элемента 14 и магнита 8, связанного с валом устройства, позволяет разместить в одной конструкции фотоэлектрический преобразователь угла и магнитный преобразователь угла без увеличения габаритов устройства, что повышает эксплуатационные возможности преобразователя.

Кроме того, ведение в устройство магнита 8 и магниточувствительного элемента 14 позволяет выполнить в преобразователе дополнительный канал по преобразованию угла поворота кодируемого вала 3.

Дополнительный канал по преобразованию угла поворота кодируемого вала 3 (в зависимости от алгоритма обработки сигналов, идущих с фотоприемников 13 и магниточувствительного элемента 14, расположенных на плате обработке 12) создает возможности либо использовать информацию об угле поворота кодируемого вала 3 для грубого отсчета перемещений в фотоэлектрическом преобразователе угла, либо выполнить резервный канал передачи угла поворота кодируемого вала 3.

Обеспечение возможности использования магнита 8 с магниточувствительным элементом 14 для грубого отсчета перемещений в фотоэлектрическом преобразователе по специальному алгоритму платы обработки 12 позволяет уменьшить в нем число излучателей 11 и фотоприемников 13, используемых для снятия информации об угле поворота кодируемого вала 3, что уменьшает число оптопар в преобразователе, тем самым уменьшает его радиальные габариты, повышает его надежность и эксплуатационные возможности.

Обеспечение возможности резервного канала передачи угла поворота с магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14 в преобразователе повышает его устойчивость и надежность при сильных механических воздействиях, а значит и эксплуатационные возможности, что особенно важно при использовании преобразователя в аппаратуре специального назначения, эксплуатируемой в условиях изменяющихся параметров окружающей среды.

Предложенный фотоэлектрический преобразователь угла изготовлен промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».

Фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал с внутренним отверстием, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки, отличающийся тем, что в кодируемом вале соосно с внутренним отверстием выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен юстировочный винт, на торцевой поверхности которого закреплен соосно с ним магнит, установленный с зазором по отношению к магниточувствительному элементу, расположенному на плате обработки между фотоприемниками, при этом юстировочный винт имеет возможность регулировки зазора между магнитом и магниточувствительным элементом.